(57)【要約】【課題】基板の大型化に伴う配向膜印刷工程におけるコストアップや作業性低下などの問題を解消する。【解決手段】ＴＦＴアレイ基板１と対向基板のカラーフィルタ基板２を一体に貼り合わせ、周辺にシール材３を巡らせてセルを気密封着する。基板１、２の対向面にはそれぞれ配向膜４を成膜し、その間にセルギャップを一定に保つスペーサ５と液晶材料６の薄層を挟み込む。ＴＦＴアレイ基板１は、ガラス基板７にＴＦＴアレイ８を形成し、その外部接続端子９を液晶の表示領域外ａに露出する。カラーフィルタ基板２は、ガラス基板７にカラーフィルタ１０を成膜・パターン化し、その上に共通電極１１を成膜する。配向膜４は、塗布装置を用いて基板１、２の全面に配向剤を塗布し、これを乾燥・硬化させて配向膜を形成し、ラビングした後、レーザ光を照射してシール材３の塗布領域ｂと外部接続端子９上の配向膜４を取り除く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布装置を用いて液晶パネル基板の全面に配向剤を塗布して配向膜を形成し、
その後、レーザ光を照射して不要部分に形成された配向膜を取り除くことを特徴とする配向膜のパターニング方法。
【請求項２】
前記塗布装置は版を用いることなく塗布が可能なスロットダイコータを含むスピンレスコータであることを特徴とする請求項１記載の配向膜のパターニング方法。
【請求項３】
前記不要部分はシール材塗布領域または／および外部接続端子領域であることを特徴とする請求項１記載の配向膜のパターニング方法。
【請求項４】
前記レーザ光のフルエンスは１００〜２００ｍJ/ｃｍ2であることを特徴とする請求項１記載の配向膜のパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶セルの製造工程において液晶を配向させるためにセルの内側に成膜する配向膜のパターニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶セルの製造工程では、基板上にＴＦＴアレイやカラーフィルタを形成した後、液晶分子を配向させるために印刷方式により基板上の表示部のみに配向剤のパターンを印刷し、予備乾燥工程と本硬化工程を経て配向膜を形成する。
配向剤の印刷は、通常フレキソ印刷機を使用して行う。フレキソ印刷機は、図６に示すように、ディスペンサ１４からポリイミド液を滴下し、回転しているドクターロール１５とアニロックスロール１６の間に供給する。この液は２つのロール間で練られて一定の膜厚を出すためにアニロックスロール１６面に薄膜となって保持され、アニロックスロール１６から版胴１７上のパターン部が彫刻されたフレキソ版１８に転移される。そして塗布テーブル１９上に固定された基板２０が版胴１７直下を通過するときに、フレキソ版１８に着いている液が基板２０に転写塗布される。
【０００３】
フレキソ版１８には感光性樹脂を用いるが、樹脂版の精度は厚さ３／１００ｍｍ以下の精密な精度を要求される。しかし、液晶セル製造で使う基板の大きさが年々大きくなり、版を精度良く製作することが難しく、それにより版の値段が高くなってきている。
また、版が大きくなるに連れて版の清掃や版の取扱が難しくなっている状況である。
【０００４】
版の材質が樹脂なので、もう一つの問題が版の伸びである。配向膜は決まった位置のみ印刷するため、アライメント機能を使うが、版が伸びると安定して決まった位置に印刷ができなくなる。配向膜の印刷位置精度は０．１ｍｍであるが、基板が大型になって所定の印刷位置精度を維持するのが難しくなっている。
【０００５】
配向膜印刷を開始するときには、ダミー基板を最初に投入して印刷膜厚を安定化させると共に印刷性を確認し、版に異物などが無いかを確認する。そのときに流すダミー基板は約２０枚程度であるが、基板が大型になったことから、ダミー基板の値段は非常に高価なものになっている。ダミー基板は本硬化後、プラズマや薬液を使ったウェット洗浄機を使ってリワークするが、基板の寿命があり、約１０回以上は使えない状況である。そのために配向膜印刷工程の単価が高くなる問題がある。
【０００６】
それと、印刷機で使うアニロックスロール１６の大きさも基板の大きさと同じく大きくなっている。そのため、印刷作業後のロール清掃は長時間が必要で、配向膜印刷工程での作業性が非常に悪く、大型基板の生産ラインでは、機種変更のときに版の交換やロールの清掃などで約２時間以上が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は以上のような点であり、本発明は、基板の大型化に伴う配向膜印刷工程におけるコストアップや作業性低下などの問題を解消することを目的になされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのため本発明は、塗布装置を用いて液晶パネル基板の全面に配向剤を塗布して配向膜を形成し、その後、レーザ光を照射して不要部分に形成された配向膜を取り除くことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、▲１▼液晶セルの配向膜形成工程において、印刷作業終了後または機種変更時の版の交換や版の清掃などの作業はなくなる。そして、作業後のロール洗浄などの作業もなくなる。結果、印刷作業終了後や機種変更時の作業時間が短縮され、作業性が向上する。▲２▼基板全面に配向膜を塗布してからラビングを行うので、基板全面にラビングができ、ラビング時のゴミなどは基板に残らない。また、基板のザイズが同じであれば、機種変更時にロール交換なしで、同じ布のロールでラビングができる。▲３▼レーザにより高い解像度で配向膜を取り除くことができるので、印刷に比べて正確なパターン加工ができる。それにより印刷位置ズレによるシール材と配向膜の干渉の問題がなくなり、より安定した密着性を実現できる。▲４▼アレイ基板の端子部（外部接続端子）を配向膜で防護することにより、端子部の損傷が少なくなる。汚れも防げる。▲５▼配向膜の膜厚分布が印刷方式より均一になり、印刷に起因するムラを無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に、本発明を実施した液晶セルの断面図を示す。
液晶セルは、ＴＦＴアレイ基板１と対向基板のカラーフィルタ基板２を一体に貼り合わせ、周辺にシール材３を巡らせてセルを気密封着する構成である。
基板１、２の対向面にはそれぞれ配向膜４を成膜し、その間にセルギャップを一定に保つスペーサ５と液晶材料６の薄層を挟み込む。
ＴＦＴアレイ基板１は、ガラス基板７にＴＦＴ、表示電極、蓄積容量、ゲート電極線、ソース電極線よりなるＴＦＴアレイ８を形成し、液晶の表示領域外ａにＴＦＴアレイ８の外部接続端子９を露出する。
カラーフィルタ基板２は、ガラス基板７にブラックマトリックス、色材膜、保護膜よりなるカラーフィルタ１０を成膜・パターン化し、その上に共通電極１１を成膜する。
配向膜４は、塗布装置を用いて基板１、２の全面に配向剤を塗布し、配向剤を乾燥・硬化させて配向膜を形成し、ラビングした後、レーザ光を照射してシール材３の塗布領域ｂと外部接続端子９上に形成された配向膜４を取り除く。
【００１２】
塗布装置は基板１、２を回転して塗布するスピン式でなく、スロットダイコータなどのスピンレスコータを使用する。これにより、省液やタクトタイムの短縮を図り、基板端部の厚塗りや裏面への回り込みを防いでその部分のリンス処理を不要にする。
【００１３】
図２に、本発明を実施した液晶セルの製造工程の流れ図を示す。
また、図３に、製造工程の平面図と断面図を示す。
まず、ＴＦＴアレイ基板１とカラーフィルタ基板２を洗浄して付着した汚れやゴミなどを除去し、両基板１、２の表面をクリーンにするとともに、配向剤の塗布性と付着性を高める（工程１０１）。
次に、図３（ａ）に示すように、スロットダイなどのヘッド１２から有機溶剤で希釈したポリイミドなどの配向剤を吐出し、一定膜厚になるように圧力を制御して吐出液量を調整しながらヘッド１２または基板１、２を移動させて基板全面に配向剤を塗布する（工程１０２）。
次に、塗布が完了した基板１、２は未だ配向剤が乾燥していないので、真空乾燥機またはホットプレートあるいは両者を併用して８０℃前後の加熱温度で配向剤に含まれる溶剤成分を取り除いた後、本硬化炉で１５０〜２５０℃のホットプレートに置いて１０〜６０分の熱処理を行い、配向剤を完全に硬化させる。（工程１０３）。
一般に配向剤はポリイミドの前駆体で、高熱で処理することによりイミド化される。
【００１４】
次に、図３（ｂ）に示すように、レーヨンなどの布を巻き付けたローラ１３を回転させながら配向膜４を一定方向に擦るラビング処理を行い、液晶分子の配向方位を一定方向に揃える（工程１０４）。
ラビングする際は外部接続端子９が配向膜４に覆われて段差のない状態なので、傷や汚れ、ゴミなどの付着を防ぎ、段差部で布の毛足が乱れることもないので、ラビングむらを防ぐことができる。
この処理で配向膜ポリイミドのポリマー主鎖がラビング方向に延伸され、この延伸方向に沿って液晶分子が配列するものと考えられる。
なお、ラビング処理は動作モードがＴＮモードやＩＰＳモードの液晶に対して必要であるが、垂直配向モードの液晶に対しては必要ない。
【００１５】
次に、図３（ｃ）に示すように、レーザ光ｃを照射してシール材３の塗布領域ｂに形成された配向膜４を取り除く（工程１０５）。
シール材３と配向膜４は接着性が悪く、基板１、２を貼り合わせた後、剥がれることがあるので、このようにシール材３の塗布領域ｂにある配向膜４を取り除く必要がある。
特開２０００−２４３７４３号公報には、ポリイミド液晶配向膜の除去方法として波長が１８０ｎｍ以下の紫外線に露出することでポリイミド膜を完全に分解除去できるとしている。
ところが紫外線は指向性が悪く、光束が広がって照射領域を正確に制御できないので、狙った箇所の配向膜４を除去するためには高価なマスクを必要とし、生産コストがアップする。また、マスクを使用することで機種変更時の交換や位置合せなどの時間・工数が増え、紫外線を使用することで配向膜４を除去するのに長時間必要になるため、生産効率が低下する。
本発明は、指向性と集光性に優れ、エネルギー密度が高く光エネルギーを短時間に集中できるレーザ光ｃを使用することでマスクを使用せずに短時間で配向膜４を除去できる。
機種変更時は、レーザ彫刻装置に交換後の機種に対応する別のＣＡＤデータを登録するだけでよい。
【００１６】
次に、一方のカラーフィルタ基板２にフォトスペーサ技術を用いてセルギャップを制御するための柱状の突起物を形成する（工程１０６）。
次に、ディスペンサを用いてＵＶ硬化シール材３を他方のＴＦＴアレイ基板１の配向膜４が取り除かれた後の塗布領域ｂに塗布する（工程１０７）。
次に、ＴＦＴアレイ基板１に液晶の量を制御して滴下させた後、カラーフィルタ基板２を貼り合せ、大気圧で基板接着させる（工程１０８）。
次に、カラーフィルタ基板２側からUV光を照射してシール材３を硬化させる（工程１０９）。
次に、液晶アニールによりシール材３を加熱硬化させる（工程１１０）。
次に、多面取りの基板１、２から所定サイズの個々のパネルに分割し、外部接続端子９を取り出すための分断などを行う（工程１１１）。
分断にはスクライバやブレーカ、グラインダが使用され、スクライバでクラックラインを入れ、ブレーカで加圧して分断し、グラインダでエッジを研削する。
そのためこの工程では飛散するガラスチップから外部接続端子９を保護するため、外部接続端子９上に残った配向膜４はそのまま保存することが望ましい。
【００１７】
次に、図４（ａ）に示すように、レーザ光ｃを外部接続端子９上の配向膜４に照射し、図４（ｂ）に示すように、外部接続端子９上の配向膜４を分解除去する（工程１１２）。
外部接続端子９上の配向膜４は、端子間に信号を流して点灯検査などを行うので、次の検査工程前には除去する必要がある。
レーザ光ｃは指向性がよく、照射領域を正確に制御できるので、外部接続端子９以外の液晶セルをマスクなどで覆う必要がない。
配向膜４を除去する方法として、常圧プラズマや低波長ＵＶを使用する方法もあるが、プラズマやＵＶは液晶材料６や配向膜４に悪影響を与えるので、プラズマやＵＶの光線が液晶セルの内部に当たらないように遮蔽するものを間に置く必要がある。
次に、異物やキズ、分断不良、偏光子間での色むらやセルギャップむら、配向不良などの外観検査や、黒点や白点の有無、各種配向欠陥の有無、点・線表示欠陥の有無などの点灯検査を行う（工程１１３）。
以上により液晶セルの組立が終了する。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の実施例（実験結果）について説明する。
ＩＴＯ膜付き基板上に形成された配向膜のみを下層のＩＴＯ膜に損傷を与えないようにレーザ技術を用いて取り除くことを実験目的とする。
実験にあたり、ＩＴＯ膜付き基板にスロットダイコータを用いて８００Å、１０００Å、１２００Åの厚さの配向剤を塗布した。この基板を塗布直後に８０℃のホットプレートで２分間乾燥させ、その後、２１０℃の熱風炉の中に６０分間入れて配向剤を硬化させた。
このとき用いた配向剤は日産化学のＳＥ―７４９２（０６２Ｍ）である。レーザ装置はラムダフィジック社製ＬＰＸ２２０エキシマレーザ加工装置を用い、その波長は２４８ｎｍである。
【００１９】
まず、配向膜を除去するにあたり、サンプルに対して、適正フルエンスを確認するためにプロセスウインドウ測定試験を行った。
その後、解像度測定マスクを使用して、サンプルに対して、どの程度の加工解像度が得られるかを確認するために解像度測定を行った。
プロセスウインドウ測定試験は、基板上の面積１１６０ｍｍ2の長方形の中に１４５２×７９９μｍ、８×８面のエリアを設定し、５０〜４００ｍJ/ｃｍ2まで５０ｍJ/ｃｍ2ずつフルエンスを上げながら、１〜８までショット数を増加させながら各エリアにレーザ光を照射した。
その後、配向膜が適正に除去できているか、下層のＩＴＯ膜の損傷がどの程度であるかを顕微鏡を用いて目視確認した。その結果を図５の表にまとめる。
【００２０】
この表で“△”は５％以下の配向膜層残り、加工辺の劣化等軽度の不具合あり、“×”は５％以上の配向膜残り、加工辺形状の重度劣化、下層へのダメージ等あり、“××”は重度の下層へのダメージ等あり、“◎”は良好をそれぞれ表す。
この結果から、レーザ加工としては十分な範囲（１００〜２００ｍJ/ｃｍ2）のプロセスウィンドウがあることを確認した。
次に、低フルエンスでの加工はＤｅｂｒｉｓ（加工時に発生するゴミ）の増大の可能性があるため、適正フルエンスを１５０ｍJ/ｃｍ2として、加工解像度の確認を行った。
その結果、加工解像度は５μmを十分に下回る、高解像度での配向膜除去加工ができることを確認した。
【００２１】
次に、異なる膜厚８００Å、１０００Å、１２００Åの配向膜を用いて同じ加工条件で実験を行った結果、配向膜の厚さに関係なく、下層のＩＴＯ膜に損傷を与えることなく、良好な結果が得られることを確認した。
以上の実験結果からレーザ加工により、サンプルに対して、プロセスウィンドウが十分広く、安定した加工ができることを確認した。
この他、サンプルに対して、数μｍ程度の加工解像度が得られることを確認した。
また、レーザのパルス幅を制御して１００Ｈｚ加工を行った場合でも、１０Ｈｚ（低速加工）と同等の加工品質を得られることが確認できた。
また、懸念材料である加工過程で発生するＤｅｂｒｉｓは適正なフルエンスを選択することにより、ほとんど無くなることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施した液晶セルの断面図である。
【図２】本発明を実施した液晶セルの製造工程の流れ図である。
【図３】液晶セルの製造工程の平面図と断面図である。
【図４】配向膜の除去方法を説明する図である。
【図５】プロセスウインドウ確認試験の結果をまとめた表である。
【図６】フレキソ印刷機の模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
１        ＴＦＴアレイ基板
２        カラーフィルタ基板
３        シール材
４        配向膜
５        スペーサ
６        液晶材料
７        ガラス基板
８        ＴＦＴアレイ
９        外部接続端子
１０        カラーフィルタ
１１        共通電極
１２        ヘッド
１３        ローラ
１４        ディスペンサ
１５        ドクターロール
１６        アニロックスロール
１７        版胴
１８        フレキソ版
１９        塗布テーブル
２０        ガラス基板
ａ        表示領域外
ｂ        塗布領域
ｃ        レーザ光
【図１】
2007114361.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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